第6章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)

1、第六章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展(kuzhn)技術(shù)51單片機(jī)的功能較強(qiáng),在智能儀器儀表,家用電器,小型檢測控制系統(tǒng)中使用,本身就可滿足要求,使用方便,但對于一些較大的應(yīng)用系統(tǒng)來說,其內(nèi)部功能及外部引腳將顯得不足,應(yīng)用時就需要進(jìn)行擴(kuò)展.1、擴(kuò)展內(nèi)容(nirng):程序存儲器,數(shù)據(jù)存儲器,I/O口擴(kuò)展,定時計數(shù)器擴(kuò)展,顯示接口擴(kuò)展,鍵盤接口擴(kuò)展,A/D D/A轉(zhuǎn)換等內(nèi)容.共三十九頁最小系統(tǒng)(xtng)所謂(suwi)最小系統(tǒng),是指一個真正可用的單片機(jī)最小系統(tǒng)配置.對于片內(nèi)帶有程序存儲器的8051(8751)單片機(jī),只要在芯片上外接時鐘電路和復(fù)位電路就可以使用.共三十九頁對于片內(nèi)不帶程序存儲器的8031單片機(jī)

2、,除了在芯片上外接時鐘(shzhng)電路和復(fù)位電路,還要外接程序存儲器,才能構(gòu)成一個最小系統(tǒng).共三十九頁系統(tǒng)(xtng)擴(kuò)展原理為了使單片機(jī)能方便的與各種( zhn)擴(kuò)展芯片相連接,常將單片機(jī)芯片的外部引線分為一般微型計算機(jī)的三總線形式.共三十九頁程序(chngx)存儲器的擴(kuò)展 8031:需外接程序(chngx)存儲器8051:程序4K時,需外接程序存儲器8751:程序8K時,需外接程序存儲器共三十九頁數(shù)據(jù)(shj)存儲器的擴(kuò)展 共三十九頁I/O口的擴(kuò)展（與數(shù)據(jù)(shj)存儲器相同） 共三十九頁51單片機(jī)常用(chn yn)系統(tǒng)擴(kuò)展芯片 1、程序存儲器（EPROM）:常用程序存儲器有27系列

3、，表示了存儲位容量的大小，單位為KB bit。如2716為16KB bit，通常(tngchng)寫成2K8bit(2K字節(jié))。本系列產(chǎn)品還有2732、2764、27128、27256(32K8)、275122、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）常用數(shù)據(jù)存儲器有6116(2K8)、6264(8K8)、62256(32K8)、62512(64K8) .3、I/O接口 TTL芯片：74LS373、74LS244、74LS273、74LS374，它們常用作鎖存器。 （1）并行口：8255（38位并行口） 8155（28+6并行口） （2568 SRAM） （一個14位減法定時/計數(shù)器） 共三十九頁（2）、串行并

4、轉(zhuǎn)換：74LS164為串行輸入并行輸出芯片，用于串并轉(zhuǎn)換。 74LS165為并行輸入串行輸出芯片，用于并串轉(zhuǎn)換。 8251為可編程異步串行口接口芯片。（3）、A/D：常用芯片有0809和LM14433，常用于數(shù)據(jù)采集(cij)系統(tǒng)中完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換。 （4）、D/A：常用芯片有DAC0832 和AD558，完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換。（5）、其他專用電路 常用的單片機(jī)接口電路還有鍵盤及顯示器接口專用芯片8279、時鐘日歷芯片MC146816、DS1302、電壓基準(zhǔn)芯片MC1403、8位驅(qū)動ULN2803等。 共三十九頁6.1 程序(chngx)存儲器 擴(kuò)展共三十九頁74LS373八D鎖存器74LS373是一

5、種帶輸出(shch)三態(tài)門的8 D鎖存器0D7D:8個輸入端0Q7Q:8個輸出端G:數(shù)據(jù)鎖存控制端 :輸出允許端共三十九頁共三十九頁74HC373和74LS373原理一樣，8數(shù)據(jù)鎖存器。主要(zhyo)用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制數(shù)據(jù)鎖存:當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持.共三十九頁6.2 數(shù)據(jù)(shj)存儲器 擴(kuò)展靜態(tài)RAM(SRAM) 特點(diǎn):讀寫速度快，使用方便，價格較低，但掉電 后存貯信息(xnx)丟失。主要型號：6116（2K8）6264（8K8）62256（32K8）628128(64K8)返回本節(jié)共三十九頁常用靜態(tài)RAM芯片(xn pin)管腳配置返回(fnhu)共三

6、十九頁表6-1 6264的操作(cozu)方式返回(fnhu)共三十九頁圖6-6 6264靜態(tài)RAM擴(kuò)展(kuzhn)電路返回(fnhu)共三十九頁 6.3單片機(jī)擴(kuò)展外部存儲器空間(kngjin)地址分配存儲器芯片的地址線：地址線的數(shù)目由芯片的字長決定。存儲器芯片的地址線與單片機(jī)的地址總線按照由低位到高位的順序順次相接。一般來說，存儲芯片的地址線數(shù)目總是少于單片機(jī)地址總線的數(shù)目，順次相接后，單片機(jī)的高位地址線總有剩余。剩余的地址線一般作為譯碼線，譯碼輸出與存儲器芯片的片選信號(xnho)線相接。存儲芯片有一根或幾根片選信號(xnho)線。對存儲器芯片訪問時，片選信號(xnho)必須有效。即選中

7、存儲器芯片。片選信號(xnho)線與單片機(jī)系統(tǒng)的譯碼輸出相接后，就決定了存儲芯片的地址范圍。單片機(jī)的剩余的高位地址線的譯碼及譯碼輸出與存儲器芯片的片選信號(xnho)線的連接是存儲器擴(kuò)展連接的關(guān)鍵。共三十九頁一線一用 利用高位地址(dzh)線直接做片選信號U1:C000HDFFFHU2: A000HBFFFHU3: 6000H7FFFH62646.3.1 線選法共三十九頁一線(yxin)二用 共三十九頁綜合線選 對于同一芯片有多個地址，為地址的浮動，一般只用其中一組地址 .兩個芯片占用(zhn yn)同一個地址，為地址的重疊，一般用軟件區(qū)分 .共三十九頁6.3.2 全地址(dzh)譯碼 全地址

8、譯碼:存儲芯片的地址線與單片機(jī)系統(tǒng)的地址線順次(shnc)相接后，剩余的高位地址線全部參加譯碼，產(chǎn)生片選信號。 常用譯碼器件：74LS138特點(diǎn)：存儲芯片的地址空間唯一確定，但譯碼電路相對復(fù)雜。共三十九頁譯碼電路(dinl) 作用：在有多個外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，對A15A0進(jìn)行譯碼產(chǎn)生片 選信號，使CPU在任何時候只對其中一個芯片進(jìn)行讀、寫操作。 74LS1383-8譯碼器74LS138是一種(y zhn)常用的地址譯碼器芯片,其引腳如圖所示共三十九頁A、B、C：譯碼信號輸入端Y0Y7：譯碼信號（片選信號）輸出(shch)端，低電平有效 G1、G2A、G2B ：為三個控制端,只有當(dāng) G

9、1、G2A、G2B =100時,譯碼器才能進(jìn)行譯碼輸出,否則,譯碼器的8個輸出端全為高阻態(tài).74LS138的譯碼邏輯關(guān)系如下C B A譯碼輸出0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1共三十九頁輸入輸出G2BG2AG1CBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0111111111111111111011111111001000111111100010011111110100101011111011001011111101110011001110111100110111011111001110101111110011110111111174LS138功能表共三十九

10、頁共三十九頁譯碼電路應(yīng)注意的問題地址的浮動：同一芯片具有多個地址。地址的重疊(chngdi)：兩個以上的芯片具有相同的地址。有效的電平：根據(jù)不同芯片提供相應(yīng)電平的片 選信號。譯碼方法的選擇：芯片較少的時候，選用線選法；芯片較多的時候，采用譯碼器進(jìn)行芯片的選擇。共三十九頁6.4 輸入(shr)/輸出口擴(kuò)展技術(shù)IO接口概述1 、擴(kuò)展IO接口電路(dinl)原因：共有4個8位并行IO口：P0、P1、P2和P3,有時資源可能不夠用。返回本章首頁共三十九頁2 、使用IO接口電路的原因：(1) 外部設(shè)備的工作速度快慢差異很大。慢速設(shè)備如開關(guān)、繼電器、機(jī)械傳感器等。每秒鐘提供不了一個數(shù)據(jù)；而高速設(shè)備如磁盤、

11、CRT顯示器等，每秒鐘可傳送幾千位數(shù)據(jù)。面對速度 差異如此之大的各類外部設(shè)備，CPU無法按固定的時序與它們以同步方式協(xié)調(diào)工作。(2) 外部設(shè)備種類繁多。既有機(jī)械式的，又有機(jī)電式的，還有電子式的。不同種類的外部設(shè)備之間性能(xngnng)各異，對數(shù)據(jù)傳送的要求也各不相同的，無法按統(tǒng)一格式進(jìn)行。共三十九頁(3)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號是多種多樣的。既有電壓信號，也有電流信號；既有數(shù)字形式，還有模擬形式。(4)外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送有近距離的，也有遠(yuǎn)距離的。因此有的使用并行數(shù)據(jù)傳送，而有的則需要使用串行傳送方式。 正是由于上述原因，使數(shù)據(jù)的IO操作變得十分復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與CPU進(jìn)行直接(zhji)的同步數(shù)

12、據(jù)傳送，而必須在CPU和外設(shè)之間設(shè)置一個接口電路，通過接口電路對CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行協(xié)調(diào)。共三十九頁3 、接口電路應(yīng)該具有如下幾項主要功能：(1)速度協(xié)調(diào)(2)輸出數(shù)據(jù)(shj)鎖存(3)數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖(4)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換共三十九頁4 、 IO接口電路擴(kuò)展芯片(xn pin) 可編程IO芯片：8155、8255，8243，8279 TTL、CMOS鎖存、緩沖器電路芯片： 74LS373、 273、 377（鎖存）， 244、367 （緩沖）5、 端口做數(shù)據(jù)總線進(jìn)行IO接口擴(kuò)展時與外部(wib)RAM統(tǒng)一編址，即兩者合用64K地址空間(一部分給RAM，一部分給IO口）。因此，CPU可以像訪

13、問外部RAM一樣訪問外部IO接口，對外部IO口進(jìn)行輸入/輸出操作。共三十九頁只要根據(jù)“輸入三態(tài)，輸出鎖存”與總線(zn xin)相連的原則，選擇74LS系列的TTL電路或MOS電路即能組成簡單的擴(kuò)展I/O口。例如采用8位三態(tài)緩沖器74LS244組成輸入口，采用8D鎖存器74LS273，74LS373，74LS377等組成輸出口。 圖6-20給出了一種簡單的輸入、輸出口擴(kuò)展電路。當(dāng)要擴(kuò)展多個輸入/輸出口時，可采用圖6-21所示連接方法。下一頁用并行口擴(kuò)展(kuzhn)I/O口共三十九頁圖6-20 簡單(jindn)I/O擴(kuò)展接口返回(fnhu)共三十九頁圖6-20 簡單(jindn)I/O擴(kuò)展接

14、口返回(fnhu)共三十九頁用串行口擴(kuò)展(kuzhn)I/O口當(dāng)MCS-51單片機(jī)串行口工作在方式0時，使用移位寄存器芯片可以擴(kuò)展一個或多個8位并行I/O口。這種方法不會占用片外RAM地址(dzh)，而且可節(jié)省單片機(jī)的硬件開銷。缺點(diǎn)是操作速度較慢，擴(kuò)展芯片越多，速度越慢。 圖6-22和圖6-23分別給出了利用串行口擴(kuò)展2個8位并行輸入口（使用74LS165）和擴(kuò)展2個8位并行輸出口（使用74LS164）的接口電路。返回本節(jié)共三十九頁圖6-22 利用串行口擴(kuò)展(kuzhn)并行輸入口返回(fnhu)共三十九頁圖6-23 利用串行口擴(kuò)展并行(bngxng)輸出口返回(fnhu)共三十九頁內(nèi)容摘要第六章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)。8751:程序8K時,需外接程序存儲器。如2716為16KB bit，通常寫成2K8bit(2K字節(jié))。（1）并行口：8255（38位并行口